动态无功补偿装置抑制直流换相失败能力影响因素研究

针对交直流混联电网中直流换相失败的问题,对影响动态无功补偿装置抑制直流换相失败效果的因素进行了深入的研究和分析。首先对比分析了同步调相机、静止无功补偿器(SVC)、静止同步补偿器(STATCOM)3类常用的动态无功补偿设备的特性。其次研究了动态无功补偿设备抵御直流系统发生换相失败的机理,总结了影响动态无功补偿装置效果的因素。最后采用电力系统潮流计算仿真软件(PSD-BPA)分别对单馈入直流系统以及华东十馈入直流系统进行仿真分析,仿真结果表明,动态无功装置的安装地点对其抑制直流系统换相失败能力有较大影响,当安装地点确定时,其抑制直流系统发生换相失败的能力随着安装容量的增加逐渐饱和。     

动态无功补偿装置提高多馈入直流恢复的布点方法

交直流混联系统中交流系统短路故障发生后,由于交流系统电压不能恢复或持续降低而引起多回直流输电系统连续发生多次换相失败甚至闭锁,采用动态无功补偿装置提高多馈入直流换相失败过程中电压恢复。分析了不同地点及程度交流故障下不同补偿装置直流恢复速度,从多馈入直流间相互影响的交互作用因子出发,计及不同直流传输功率故障后对系统稳定性的影响,定义了多馈入直流交互影响权重系数,确定动态无功补偿装置补偿区域边界,考虑动态无功—电压灵敏度以确定动态无功最佳补偿地点,制定了工程实用的多馈入直流系统动态无功补偿装置布点方案。大电网仿真结果表明,在同等容量的动态无功补偿装置下,推荐方案能有效减少交流故障引起的多馈入直流同时换相失败。     

降低多回HVDC同时换相失败风险的交直流混联受端系统STATCOM配置方案EI北大核心CSCD

在有多回直流馈入的交直流混联受端系统中,若交流系统短路故障引起多回直流同时换相失败,甚至闭锁,将对电网的安全运行造成严重影响。将风险的概念引入交直流系统同时换相失败问题,以三相短路故障为研究对象,提出一种以降低多回直流同时换相失败风险为目标的静止无功补偿器（static synchronous compensator,STATCOM）配置方法。首先提出一种考虑故障发生位置随机性的多回直流同时换相失败风险评价指标;根据换相电压幅值在故障暂态过程中跌落的规律以及STATCOM对暂态电压的调节特点,给出了预选故障的筛选和分类方法;建立了考虑同时换相失败风险的STATCOM优化配置模型,利用遗传算法求解该模型,得到不同风险下STATCOM的最优补偿方案;最后,通过仿真验证了配置方案的有效性。     

直流系统中链式STATCOM暂态控制研究

交流侧暂态故障是导致高压直流输电系统换相失败的主要原因,为避免或减少换相失败,换流站中装设大容量H桥链式STATCOM迅速输出无功加快电压恢复。分析了换相失败下直流输电无功需求特性,解析H桥链式STATCOM在系统暂态时稳定控制机理,针对基于瞬时无功理论的解耦控制在不对称系统中的局限性,提出采用去零序瞬时电流跟踪控制方法,将正序、负序电压和电流统一控制,避免装置直流侧支撑电容过电压闭锁跳闸。通过RTDS平台搭建一次系统模型,接入真实的控制器和阀触发系统完成试验验证。当交流侧发生对称或不对称故障时,链式STATCOM迅速响应输出额定无功,加速交流电压恢复并维持系统潮流稳定。试验结果证明了该方法的正确性和可行性。     

降低多回HVDC同时换相失败风险的交直流混联受端系统STATCOM配置方案

在有多回直流馈入的交直流混联受端系统中,若交流系统短路故障引起多回直流同时换相失败,甚至闭锁,将对电网的安全运行造成严重影响。将风险的概念引入交直流系统同时换相失败问题,以三相短路故障为研究对象,提出一种以降低多回直流同时换相失败风险为目标的静止无功补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)配置方法。首先提出一种考虑故障发生位置随机性的多回直流同时换相失败风险评价指标;根据换相电压幅值在故障暂态过程中跌落的规律以及STATCOM对暂态电压的调节特点,给出了预选故障的筛选和分类方法;建立了考虑同时换相失败风险的STATCOM优化配置模型,利用遗传算法求解该模型,得到不同风险下STATCOM的最优补偿方案;最后,通过仿真验证了配置方案的有效性。     

考虑抑制MIDC后续换相失败风险的节点差异化动态无功补偿方法研究

多馈入直流系统(multi-infeed direct current,MIDC)多回直流间电气联系紧密,交流侧故障导致的换相失败若无干预极易引发后续连锁反应直至直流闭锁,严重毁坏系统安全稳定。动态无功补偿装置可在电压跌落瞬间为换流母线提供有效支撑,抑制直流后续换相失败风险,但由于配置成本较高,大规模应用仍较为困难。为合理降低动态无功补偿配置成本,提高配置方案的经济性和实用性,提出一种考虑抑制MIDC后续换相失败风险的节点差异化动态无功补偿方法。首先对后续换相失败发生机理进行分析,提出一种抑制后续换相失败风险效果的评价指标;根据节点特性对候选补偿节点进行了换相失败关联度的评估和预分区;建立了抑制后续换相失败风险的节点差异化动态无功补偿装置配置模型,利用基于精英改进策略的“教与学”优化(teaching-learning-based optimization,TLBO)算法求解该模型,得到了灵活考虑经济效益与无功补偿效果的动态无功补偿装置差异化配置方案;最后在PSD-BPA和MATLAB联合仿真平台上,用华东电网实际算例验证了所提方法的合理性与有效性。     

抑制多馈入直流换相失败的同步调相机优化配置方法

多馈入直流系统中交流侧短路故障发生后,导致交流系统电压持续降低进而引起多条甚至全部直流同时发生换相失败,使电网安全稳定性受到严重破坏。同步调相机具备过载能力,且其无功输出受系统电压影响小,在面对交流故障带来的电压跌落可以提供较强的无功支撑,从而抑制直流换相失败的发生。为了抑制直流换相失败,提出了一种抑制多馈入直流换相失败的同步调相机优化配置方法,对其安装地点及容量这两个方面同时进行了优化配置。首先从直流换相失败持续时间出发,且考虑各直流间相互作用,提出了一种抑制换相失败效果指标;然后根据电气距离确定了安装待选区域,由无功补偿响应指标筛选出同步调相机最佳补偿地点;随后建立了同步调相机配置优化模型,对最佳配置方案进行二阶段的求解,获得最终配置方案;最后在实际大电网仿真结果表明,所得最终解能够考虑经济性的同时有效抑制交流故障引起的多馈入直流换相失败。     

基于解耦安全域的多馈入交直流系统无功补偿装置落点研究

对于弱受端系统的多馈入交直流混联系统,直流子系统输电能力弱,功率调整范围小,快速功率调制时容易使换流母线的电压越限。在提升系统输电能力的措施中,安装无功补偿装置是一种十分有效的手段。为了确定无功补偿装置的最优落点位置,以STATCOM作为无功补偿装置,提出了基于解耦安全域的综合评价因子。该评价因子同时计及了在不同运行状态下,系统的输电能力以及解耦安全域内解的数量留存率等因素及其影响权重。算例分析表明,根据该综合评价因子的大小来确定多馈入交直流混联系统最佳的无功补偿装置落点方案,能够全面评价最优的无功补偿落点方案的优劣。     

一种抑制多馈入直流系统后续换相失败的低压限流单元参数优化策略

多馈入直流输电系统受端换流站电气距离近,直流系统与交流系统之间、直流系统与直流系统之间相互作用也更为复杂。当交流系统较弱时,故障恢复期间提供的无功支撑不足,容易引起多回直流系统发生后续换相失败。配置无功补偿装置,优化控制环节参数等措施均有利于改善直流系统的故障恢复特性。基于此,提出一种抑制多馈入直流系统后续换相失败的低压限流单元参数优化策略,利用静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)输出的无功大小来衡量直流系统恢复程度,并将STATCOM输出的无功功率和直流电压相结合作为输入信号,随故障发展过程自适应调整低压限流单元输入输出特性,降低系统发生后续换相失败的概率。在PSCAD/EMTDC中搭建含STATCOM的双馈入直流输电系统模型,仿真结果验证了所提策略的有效性。     

一种抑制HVDC换相失败的STATCOM补偿方案

针对高压直流输电(High Voltage Direct Current, HVDC)系统中的换相失败问题,提出一种STATCOM补偿方案。该方案将星型级联H桥STATCOM中性点直接接地,并入HVDC系统逆变端,从而具备三点优势:保留星型级联H桥STATCOM经济性高的优点;三相独立,可视为三个单相STATCOM,各相换流链独立控制,克服了传统星型级联H桥STATCOM在电网电压不平衡情况下的控制问题;利用HVDC所接入的交流电网的中性点接地的特点构成零序电流通道,不仅可以补偿谐波、正序、负序无功电流,也可以补偿零序无功电流,补偿性能较传统拓扑更为优良。详细分析了该补偿方案在HVDC中的可行性,并推导了电网电压不平衡情况下,换流链电流指令中的零序电流分量。给出了控制策略并通过PSCAD/EMTDC对所提补偿方案用于抑制HVDC换相失败的性能进行验证。     

改善直流换相失败的储能STATCOM技术仿真研究

针对常规STATCOM在交流系统故障时,交流电压跌落导致电容电压大幅下跌,引起STATCOM保护动作,导致其退出运行,抑制LCC-HVDC换相失败效果不理想的问题,结合储能技术与无功补偿技术,提出基于储能的STATCOM技术来避免直流换相失败.首先,分析了储能STATCOM工作原理和数学模型;其次,在模型基础上提出了控制方法;最后,基于实际工程建立了储能STATCOM电磁暂态模型,并进行了仿真分析.仿真结果验证了储能STATCOM对受端母线电压提供了有效的支撑作用,能避免高压直流输电系统换相失败,提高交直流系统运行的稳定性.     

典型直流落点无功补偿方式对近区交流系统静态电压稳定影响研究

研究了直流落点不同无功补偿方式对交流电力系统静态电压稳定的影响。当直流落点采用固定电容器补偿时,可将该节点看作PQ节点;而采用大容量同步调相机补偿时,该节点可看作PV节点。基于计及负荷静态电压特性的交直流电力系统连续潮流方法,分析了直流落点分别为PQ节点和PV节点下,直流落点近区交流系统的静态电压稳定性,得出直流落点采用大容量同步调相机进行无功补偿有助于提高近区交流系统的静态电压稳定性。     

大容量STATCOM对于受端直流换流站运行与故障特性影响

500 kV永富直流工程富宁换流站安装了3套百兆乏级的STATCOM装置,以解决受端弱系统的动态无功不足问题。通过分析STATCOM在交流滤波器投入过程中的逆向控制及在交流瞬时故障恢复中的暂态支撑作用,对STATCOM的控制策略和响应特性进行详细阐述。通过整理STATCOM设计研究和现场试验过程中的数据,对STATCOM的特性进行验证,同时结合富宁换流站"01.10"人工交流短路试验引起的STATCOM跳闸事件,剖析STATCOM暂态闭锁和故障退出的原因。揭示了大容量STATCOM装置对受端直流换流站运行特性的影响。通过STATCOM的协调配合和暂态控制,降低直流换相失败和扰动的风险,同时提出了STATCOM的控制策略优化措施。通过对STATCOM在富宁换流站的响应特性研究,证明富宁换流站3套STATCOM对直流系统的稳定运行提供了支撑作用。     

考虑无功补偿容量优化的多馈入直流落点选择方法

多馈入高压直流输电系统(line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)的新增直流落点选择问题需要考虑多回直流间的交互作用影响。为兼顾电网稳定性与经济性,本文建立包括多馈入短路比(multi infeed short circuit ratio,MISCR)、直流换相失败风险以及系统抵御N-1故障所需的动态无功补偿容量的指标体系。在此基础上,采用归一化处理和线性加权法实现落点方案的比选。最后,结合乌东德直流工程,将本文提出的直流落点优选方案应用于实际算例。     

链式STATCOM对HVDC换相失败的影响分析

目前,考虑多种影响因素并采用详细直流输电控制系统模型,针对STATCOM对换相失败的影响进行定性和定量分析的研究较少。基于实际工程控制逻辑和参数,搭建逆变侧含链式STATCOM的高压直流输电PSCAD/EMTDC模型,考虑STATCOM和高压直流输电功能模块的相互作用以及其他影响因素,以换相失败免疫因子、换相失败持续时间和恢复时间为性能分析指标,对STATCOM影响进行分析评估。研究表明：STATCOM容量不仅直接影响交流系统强度,还影响HVDC系统换相失败预测和低压限流模块的输出大小,从直接和间接两方面影响系统连续换相失败期间和恢复时的运行特性;在一个周期内不同时刻,STATCOM均能有效增强系统抵御换相失败的能力,缩短换相失败持续时间和恢复时间的平均时长分别为0-3ms和7-11ms;相较于单次换相失败,STATCOM对连续换相失败的改善效果更大,而对更为严重的金属性接地故障,由于其容量限制,改善效果不明显。研究对以后直流工程中STATCOM的选择和优化具有一定借鉴作用。     

考虑谐振特性和无功特性的改进型并联电容换相换流器

传统直流输电存在换相失败问题,且交流侧需要大量的滤波器和无功补偿装置,体积大、成本高。串联电容换相换流器可以抑制换相失败的发生,但无法补偿大量无功功率;并联电容换相换流器能够降低换相失败概率,但存在谐振等风险。针对此问题,提出一种改进型并联电容换相换流器(ESCCC),在换流阀交流出口侧并联电容的基础上,引入了串联滤波电感。分析了其换相特性和无功特性,并考虑谐振特性和无功需求,对并联电容和滤波电感的参数进行了优化设计,最后在PSCAD/EMTDC中搭建了仿真模型进行验证。仿真结果表明,ESCCC稳态交直流侧谐波均满足要求,交流侧无需额外的滤波器和无功补偿装置;故障时能降低换相失败发生的概率,且换相失败后的恢复特性良好。     

山东多馈入直流输电系统换相失败分析

本文基于山东电网某年冬季大运行方式规划数据,首先在机电暂态软件PSASP中对山东电网进行了等值;基于等值结果和呼盟、银东直流输电工程实际,利用电磁暂态软件PSCAD搭建了交直流混联系统模型。在所建模型基础上,对山东交流电网故障时两直流系统的换相失败问题进行了分析,对加装静止无功补偿设备来抑制换相失败进行了研究。结果表明:山东电网绝大多数500k V线路故障时会引起至少一回直流输电系统换相失败,部分500k V线路会引起两回直流输电系统换相失败;在逆变侧换流母线加装一定量的静止无功补偿装置可以有效抑制换相失败故障的发生。     

采用常规直流配置动态无功补偿或柔性直流对受端广东电网稳定性影响的对比分析

针对乌东德特高压多端直流工程,对比研究了常规直流配置动态无功和柔性直流两种方案对受端广东电网的稳定性的影响。首先通过对比多种动态无功补偿装置的技术性能、对电压稳定的作用和实际性能,确定采用STATCOM作为动态无功补偿装置。其次针对乌东德直流落点广东东部、西部两种方案,考虑广东同步和东西部异步分区运行两种情况,对受端采用LCC、LCC+动态无功补偿或VSC对受端电网稳定性的影响进行了对比分析。研究表明,为满足N-1要求和系统抵御严重故障基本达到受端采用VSC方案的水平,受端采用LCC换流器方案时需要不同程度地加装STATCOM。     

广东多直流输电换相失败对电网稳定运行的影响

本文研究了直流输电换相失败期间直流有功和无功的动态特性,介绍了评估交流系统对直流系统电压支撑能力的3个方面量化指标,从引发多直流换相失败的交流故障区域范围、多直流短路比指标、严重交流故障条件下电网失稳数量分析了广东多直流同时换相失败对电网安全运行的影响。针对广东电网未来日益严重的电压失稳风险,提出了优化直流控制策略、配置动态无功补偿、受端电网结构优化、应用柔性直流输电4个方面的技术措施。     

应对多馈入直流换相失败的同步调相机布点方法

特高压直流输电网受端交流故障诱发的直流换相失败会造成系统短时大量功率短缺,对系统安全稳定性带来巨大威胁。同步调相机因其强大的动态无功支撑能力,在应对多馈入直流换相失败及加快系统暂态恢复过程方面受到了越来越多的关注。从多馈入直流间相互作用角度出发,分析了调相机应对多馈入直流换相失败的优势,结合多馈入交互作用因子、多馈入有效短路比及相对暂态电压跌落面积指标,逐层确定最佳的动态无功补偿站点,提出一种可运用于工程实际的调相机应对多馈入直流换相失败的布点方法,并在华东电网数据典型运行方式的基础上进行了仿真验证。